Dyn11 және Yyn0 трансформаторларының қосылуы: Гармоникалардың шектеуі үшін қайсысы жақсы?

Таңдағанда өлшемдеу трансформаторы заманауи коммерциялық және өнеркәсіптік объектілерге қосылу кезінде Dyn11 немесе Yyn0 трансформаторларының қосылуын таңдау — ең маңызды, бірақ жиі ұмытылатын шешімдердің бірі. Бұл таңдау трансформатордың гармоникалық бұрмалауларды тежеуіне, жүйенің тиімділігіне және ұзақ мерзімді сенімділігіне тікелей әсер етеді. Айнымалы жиілікті реттегіштер, үзіліссіз қоректендіру көздері, LED жарықтандыру жүйелері мен электрлік көлік зарядтағыштары сияқты сызықты емес жүктемелердің кең таралуына байланысты электр энергиясы жүйелеріндегі гармоникалық бұрмалаулар электр инженерлері мен объектілердің басқарушылары үшін негізгі мәселе болып табылады. Қосылу тобы — яғни, біріншілік орамы үшбұрышты қосылған Dyn11 трансформаторы немесе біріншілік орамы жұлдызша қосылған Yyn0 трансформаторы — трансформатордың гармоникалық токтарды, әсіресе қиындық туғызатын үшінші гармоникаларды қаншалықты тиімді тежей алатынын анықтайды. Бұл мақала төменгі кернеулерді тарату желілерінде қолданылатын екі ең кең тараған векторлық топты — Dyn11 және Yyn0 — салыстыратын толық тарату трансформаторы гармоникалық талдауын ұсынады және ең соңғы қытайлық пен халықаралық стандарттарға сүйене отырып, таңдау бойынша анық нұсқау береді.

Гармоникалық сипаттамаларға кірмейінше, бұл белгілеулердің мағынасын түсіну өте маңызды.

Векторлық топ белгілеуі біріншілік және екіншілік сызықтық кернеулер арасындағы фазалық ығысуын сағаттың цифрлары әдісімен сипаттайды. Әріп орамның конфигурациясын көрсетеді:

• Y (немесе y) – Жұлдыз (вай) қосылуы

• D (немесе d) – Дельта (үшбұрыш) қосылуы

• N (немесе n) – Нейтрал нүктесі шығарылған

Yyn0 конфигурациясы:

• Бастапқы орама: жұлдызмен қосылған, бейтарапты алып тастау жоқ (Y)

• Екіншілік орама: жұлдызмен қосылған, бейтарапты сыртқа шығарып (y)

• Фазалық ауысу: 0 сағатта (0°), яғни негізгі және екіншішіден кернеу фазада

Dyn11 конфигурациясы:

• Бастапқы оралым: Дельта қосылымы (D)

• Екіншілік орама: жұлдызмен қосылған, бейтарапты сыртқа шығарып (y)

• Фазалық ауытқу: 11 сағат (330°), яғни екіншілік кернеудің негізгіге 30° ауытқуы

Бұл екі конфигурация Қытайда тарату трансформаторлары нарығында басымдыққа ие және олардың гармониялық мінез-құлқын түсіну қуат трансформаторларын дұрыс таңдау критерийлері үшін өте маңызды.

2.1 Yyn0 негізгі кемшілігі: үшінші гармоникалардың баратын еш жері жоқ

Yyn0 трансформаторларында негізгі орама бейтарап нүктесіз жұлдызмен қосылады. Бұл үшінші гармониялық токты азайту үшін күрделі проблема туғызады:

• Үшiншi гармониялық токтар (50 Гц жүйесiнде 150 Гц) нөлдiк реттiк компоненттерi болып табылады. Олар үш фазада да бiр бағытта ағады.

• Нөлдік тізбекті токтар ағып өтуі үшін бейтарап қайту жолы қажет

• Негізгі жұлдыздың қосылысының бейтарап нүктесі жоқ болғандықтан, үшінші гармониялық ағымдар айналып өте алмайды

• Нәтижесінде, магниттейтін ток синусоидты күйінде қалса, өзек ағыны тегіс болып, үшінші гармониялық компоненттерге бай бұрмаланған екінші кернеу пайда болады

• Сол сияқты, ағыны төменгі желідегі сызықтық емес жүктемелер пайда ететін гармоникалық токтарды негізгі қуат көзіне кері айналдырудан тиімді болдырмау мүмкін емес

Техникалық мәні: Yyn0 трансформаторы үшінші реттік гармониялар үшін ешқандай үйлесімді бұрмалауды азайта алмайды, сондықтан ол маңызды сызықтық емес жүктемесі бар жүйелер үшін нашар таңдау болып табылады.

2.2 Dyn11 артықшылығы: үшінші гармоникаларды тұтқындайтын дельта цикл

Dyn11 трансформаторының дельта қосылған негізгісі үшінші гармониялық ток үшін жабық циклдік жолды қамтамасыз етеді. Бұл оның гармониялық қысым трансформаторының асыл мәні.

Екі реттік қысым механизмі:

1. Магниттік ағынды жою: Дельта орамында пайда болған үшінші гармониялық ток екінші жақтағы үшінші гармониялық магнитомотивке тікелей қарсы келетін амперлік айналымдар жасайды. Бұл ядродағы гармониялық ағымды жояды.

2. Айналымдық ток тұзақ: Дельта орауыштың әрбір фазасында пайда болған үшінші гармониялық кернеулер бір-бірімен фазада болады. Дельта қосылымы жабық циклді құрағандықтан, бұл кернеулер дельта орамалары ішінде айналып жатқан үшінші гармониялық токты басқарады. Бұл ток гармониялық энергияны жергілікті түрде шашыратады және оның сыртқы электр желісіне кіруіне жол бермейді.

Нәтиже: Негізгі ағын шамамен синусоидалды қалады, ал екіншілік фазалық кернеу толқынының сапасы Yyn0 трансформаторымен салыстырғанда әлдеқайда жоғары. Бұл Dyn11-ді сызықты емес жүктемелер үшін трансформатор таңдауға үздік нұсқа етеді.

2.3 Жоғары ретті гармоникалық сипаттама

Екі қосылу түрі де жоғары ретті гармоникаларды (мысалы, 5-ші, 7-ші, 11-ші) біраз қысқартады, бірақ олардың механизмдері әртүрлі:

Практикалық мақсаттар үшін 3-ші гармоника көптеген тарату жүйелерінде негізгі мәселеге айналады, ал Dyn11 осы қасиетімен ерекшеленеді.

Dyn11 қосылуының артықшылығы электрлік гармоникалардың болдырмауынан аса кеңінен таралады. Dyn11 Yyn0-ға қарағанда мына бес бағытта жоғары тиімділік көрсетеді:

Бұл факторлар Dyn11 трансформаторды коммерциялық ғимараттар, деректер орталықтары және гармоникалық сүзгіштік трансформатордың өнімділігі мен жұмыс істеу икемділігі маңызды болатын өнеркәсіптік объектілер үшін ерекше тартымды етеді.

Dyn11-нің айқын артықшылықтарын ескере отырып, адамдар Yyn0 әлі де қандай да бір практикалық қолданыс таба ма деп сұрайды.

Тарихи контекст: Yyn0 сызықты емес жүктемелер аз болған және гармоникалық мәселелер екінші орында болған ескі тарату жүйелерінде кеңінен қолданылды. Мұндай ортада оның қарапайым құрылымы мен таныс қорғаныс координациясы қабылданған деп есептелді.

Қазіргі жағдай: Ең соңғы қытайдық стандарт GB 51348-2019 «Мемлекеттік ғимараттардың электрлік жобалауы бойынша ережелер» гармоникалық көздері бар жүйелер үшін Dyn11-ді нақты түрде ұсынады. Халықаралық тарату секторы жаңа орнатулар үшін Dyn11-ді негізгі таңдау ретінде кеңінен қабылдаған.

Қалған қолданыс жағдайлары: Yyn0 әлі де келесі жерлерде кездесуі мүмкін:

• Ауысымдық жүйелер, мұнда ауыстыру экономикалық тұрғыдан оправданған емес

• Өте кіші қуатты қолданыстар (100 кВА-дан төмен), мұнда тек сызықтық жүктемелер ғана бар

• Жүйенің сәйкестігіне қойылатын шектеулер болған жағдайдағы нақты модернизациялық сценарийлер

Дегенмен, кез келген жаңа тарату трансформаторын орнатқан кезде, әсіресе заманауи коммерциялық немесе өнеркәсіптік объектілерге қызмет көрсететіндерде, техникалық келісім Dyn11 трансформаторын қолдайды.

Сұрақ 1: Неге Dyn11 трансформаторы Yyn0 трансформаторына қарағанда гармоникаларды тежеуге тиімдірек?

Dyn11 трансформаторының дельта-қосылған бі Birіншілік орамы үшінші гармоникалық токтар үшін тұйық циркуляциялық жол қамтамасыз етеді. Бұл токтар дельта орамдары ішінде өтеді және магниттік түрде бір-бірін жояды, сондықтан гармоникалық бұрмалау екіншілік кернеу толқынына немесе біріншілік қоректендіру желісіне таратылмайды. Yyn0 трансформаторының жұлдызша-қосылған біріншілік орамы мен нейтрал нүктесінің болмауы осындай циркуляциялық жолды қамтамасыз ете алмайды, сондықтан ол үшінші гармоникаларды басу үшін табиғи түрде нашар.

2-сұрақ: Нөлдік тізбектік кедергі жағынан Dyn11 және Yyn0 трансформаторларының қосылуында қандай айырмашылық бар?

Yyn0 трансформаторының нөлдік тізбектік кедергісі өте жоғары, себебі нөлдік тізбектік токтардың біріншілік жағында нейтралды қайтару жолы жоқ. Бұл жоғары кедергі бір фазалық ақаулық токтарын шектейді және қорғанудың сезімталдығын төмендетеді. Ал Dyn11 трансформаторының үшбұрышты қосылуы гармоникалық және ақаулық токтарының айналуы үшін көпшілік нөлдік тізбектік кедергі жолын ұсынады, ол гармоникаларды басу мен ақаулықтарды анықтауды жақсартады.

3-сұрақ: Yyn0 трансформаторы UPS және LED жарықтандыру жүктемелері бар коммерциялық ғимараттарда қолданыла ма?

Техникалық тұрғыдан мүмкін болса да, оны қолдануға қатты ұсынылмайды. UPS жүйелері, LED драйверлері және басқа да ауыстырғыштық қуат көздері үшінші гармоникалық токтарды қатты шығарады. Yyn0 трансформаторы бұл токтарды тиімді ұстай алмайды, сондықтан кернеу толқыны бұрмаланады, нейтралдық өткізгіштер қызады және трансформатор ерте қартарады. GB 51348-2019 стандарты мұндай жағдайлар үшін Yyn0 трансформаторын пайдалануды нақты тыйым салады, ал саладағы ең жақсы тәжірибе — Dyn11 трансформаторын көрсету.

Сұрақ 4: Dyn11 трансформаторының бастапқы құны Yyn0 трансформаторымен салыстырғанда жоғары ма?

Dyn11 трансформаторының бастапқы сатып алу құны Yyn0 трансформаторымен салыстырғанда орамдардың қосымша изоляциясы мен қосылу күрделілігі себебінен шамалы жоғары. Дегенмен, бұл аз қосымша төлем гармоникаларды жоғары деңгейде басу, төмен жоғалтулар (жұмыс істемейтін және жүктемелі жағдайларда шамамен 10–20% үнем), жоғары асыра жүктеуге төзімділік пен трансформатордың 20–30 жылдық қызмет көрсету мерзімінде жалпы иелік құнын төмендету арқылы жеңіл түсіндіріледі.

Сұрақ 5: Өзіңіздің өнеркәсіптік объектіңіз үшін дұрыс трансформатор векторлық тобын қалай таңдаймын?

Гармоникалардың әсерін азайту үшін дұрыс трансформатор қосылуын таңдаған кезде келесі шешім қабылдау факторларын ескеріңіз:

• Барлық сызықты емес жүктемелерді (АЖИ, түзеткіштер, UPS, зарядтағыштар) анықтаңыз және жалпы гармоникалық деформация деңгейлерін бағалаңыз

• Егер үшінші гармоникалық деформация жүктеме тогының жалпы мәнінің 5%-ынан асып кетсе, Dyn11 міндетті түрде қолданылуы керек

• Нейтралды токтың жүктемесін бағалаңыз — Yyn0 нейтралды токтарды фазалық токтың 25%-ынан асып кеткен жағдайларда қолдай алмайды

• Жергілікті нормативтік талаптарды тексеріңіз (GB 51348-2019 коммерциялық ғимараттар үшін Dyn11 ұсынады)

• Тамаша құрылғылар үшін (медициналық суреттеу, деректер орталықтары) Dyn11 кернеу толқынының сапасы бойынша жоғары деңгей береді

• Таза сызықты жүктемелер үшін (кедергілікпен қыздыру, дәстүрлі электр қозғалтқыштар) 100 kVA-дан төмен қуатта Yyn0 тек көне жағдайларда ғана қарастырылуы мүмкін

Негізгі қорытынды

Dyn11 және Yyn0 трансформаторларының қосылуы арасындағы таңдау — гармоникалық бұрмалануды тиімді жоюды талап ететін қазіргі қолданбалар үшін айқын анық. Dyn11 трансформаторының дельта-тіркелген біріншілік орамы үшінші гармоникалық айналымдық ток контуры деп аталатын табиғи физикалық механизмді қамтамасыз етеді, ал Yyn0 трансформаторы осы механизмді қайталау мүмкіндігіне ие емес. Бүгінгі күні коммерциялық ғимараттар, деректер орталықтары, денсаулық сақтау құрылғылары және өнеркәсіптік кәсіпорындар сияқты барлық сызықты емес жүктемелерге қызмет көрсететін тарату жүйелері үшін Dyn11 трансформаторының гармоникалық сипаттамасы айқын түрде жоғары.

Тәжірибелік таңдау нұсқаулары

Соңғы ұсыныс

Барлық жаңа тарату трансформаторларын таңдаған кезде Dyn11 векторлық тобын әдепкі ретінде көрсетіңіз. Осындай шағын қосымша шығындар барлық уақытта гармоникалық тежелудің жоғары деңгейі, өмірлік шығындардың төмендеуі, қорғаныс сезімталдығының артуы және заманауи стандарттарға сәйкестік арқылы асыра асырылады. Yyn0 қосылуы тек қана ескі жүйелерді сақтау немесе барлық техникалық және коммерциялық факторлар терең талданған аса арнайы қолданулар үшін қалдырылады.